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KR20180129115A - 원통형 셀 연결 분리형 버스바와 이를 이용한 배터리 모듈 및 제조 방법 - Google Patents

원통형 셀 연결 분리형 버스바와 이를 이용한 배터리 모듈 및 제조 방법 Download PDF

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KR20180129115A
KR20180129115A KR1020170064649A KR20170064649A KR20180129115A KR 20180129115 A KR20180129115 A KR 20180129115A KR 1020170064649 A KR1020170064649 A KR 1020170064649A KR 20170064649 A KR20170064649 A KR 20170064649A KR 20180129115 A KR20180129115 A KR 20180129115A
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South Korea
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secondary battery
bus bar
anode
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이태규
최범
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주식회사 엘지화학
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Abstract

본 발명은 다수의 원통형 이차전지 셀, 상기 이차전지 셀의 외관 형상에 대응되는 다수의 개구부가 형성되어 있고, 상기 개구부들은 상기 이차전지 셀들의 전극이 외부로 노출될 수 있도록 개방되어 있는 셀 프레임, 상기 원통형 이차전지 셀의 일측에 형성된 음극 및 양극 단자에 접합되는 음극 연결부재 및 양극 연결부재, 일측으로 상기 음극 연결부재가 접합되며, 타측으로 상기 양극 연결부재가 접합되는 원통형 셀 연결 분리형 버스바를 포함하여 구성되는 배터리 모듈 및 제조방법을 제공함으로써, 이차전지 셀들이 높이가 다르더라도 이차전지와 버스바 간의 밀착도를 높여 레이저 용접시 용접 실패율을 줄이고 용접 불량시 개별 부품 교체가 가능하도록 하여 양산성 및 용접 품질을 확보하는 것이다.

Description

원통형 셀 연결 분리형 버스바와 이를 이용한 배터리 모듈 및 제조 방법{Cylindrical cell connection separated bus bar and battery module using the same and manufacturing method}
본 발명은 배터리 모듈에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 여러 개의 배터리 셀이 나열되는 모듈 구조에서 원통형 이차전지 셀과 버스바의 밀착도를 증가시켜 원통형 이차전지 셀과 버스바의 레이저 용접성을 향상시키는 분리형 버스바를 갖는 배터리 모듈 및 제조 방법에 관한 것이다.
제품 군에 따른 적용 용이성이 높고, 높은 에너지 밀도 등의 전기적 특성을 가지는 이차전지는 휴대용 기기뿐만 아니라 전기적 구동원에 의하여 구동하는 전기차량 또는 하이브리드 차량 등에 보편적으로 응용되고 있다. 이러한 이차전지는 화석 연료의 사용을 획기적으로 감소시킬 수 있다는 일차적인 강점뿐만 아니라 에너지의 사용에 따른 부산물이 전혀 발생되지 않는 다는 점에서 친환경 및 에너지 효율성 제고를 위한 새로운 에너지원으로 주목 받고 있다.
현재 널리 사용되는 이차전지의 종류에는 리튬 이온 전지, 리튬 폴리머 전지, 니켈 카드늄 전지, 니켈 수소 전지, 니켈 아연 전지 등이 있다. 이러한 단위 이차전지 셀의 작동 전압은 약 2.5V 내지 4.2V이다. 따라서, 이보다 더 높은 출력 전압이 요구될 경우, 다수의 이차전지 셀을 직렬로 연결하여 배터리 팩을 구성하기도 한다. 따라서, 상기 배터리 팩에 포함되는 이차전지 셀의 개수는 요구되는 출력 전압 또는 충방욜량에 따라 다양하게 설정될 수 있다.
한편 다수의 이차전지 셀을 직렬/병렬로 연결하여 배터리 팩을 구성할 경우, 배터리 팩에 포함된 아차전지 셀들의 전기적 연결을 위하여 전기적 연결을 위하여 저항용접이 많이 사용되어 왔다.
다수의 이차전지 셀과 연결되는 일체형 메탈플레이트(버스바)의 연결은 레이저 용접을 통해 이루어 지는 것이 바람직하지만, 레이저 용접을 위해서는 다수의 이차전지 셀과 일체형 메탈플레이트(버스바)의 밀착도가 높아야 한다.
그러나, 실제 다수개의 이차전지 셀들과 메탈플레이트(버스바) 사이의 이격이 발생하는 문제로 인하여 레이저 용접 실패율이 높아지는 문제 점이 있어왔다.
본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 종래의 일체형 메탈플레이트(버스바)를 사용하는 것이 아닌, 분리 가능하도록 제작된 이차전지 셀의 음극 및 양극 단자에 접합되는 음극 연결부재 및 양극연결부재와 상기 음극 연결부재 및 양극 연결부재를 연결하는 베이스 버스바를 적용함으로써, 모재(이차전지 셀)와 피모재(버스바)의 이격거리에 관계없이 모재과 피모재 간의 밀착도를 높여 레이저 용접시 용접 실패율을 줄이고 용접 불량시 개별 부품 교체가 가능하도록 하여 양산성 및 용접 품질을 확보하는데 그 목적이 있다.
본 발명의 일실시예에 의한 원통형 셀 연결 분리형 버스바는 원통형 이차전지 셀의 일측에 형성된 음극 및 양극 단자에 일측이 각각 접합되는 음극 연결부재 및 양극 연결부재, 일측으로 상기 음극 연결부재가 하나 이상 접합되며, 타측으로 상기 양극 연결부재가 하나 이상 접합되어 다수의 이차전지 셀들을 연결하도록 구성되는 베이스 버스바를 포함하여 구성될 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따른 분리형 버스바를 포함하는 배터리 모듈은, 다수의 원통형 이차전지 셀, 상기 이차전지 셀의 외관 형상에 대응되는 다수의 개구부가 형성되어 있고, 상기 개구부들은 상기 이차전지 셀들의 전극이 외부로 노출될 수 있도록 개방되어 있는 셀 프레임, 상기 원통형 이차전지 셀의 일측에 형성된 음극 및 양극 단자에 일측이 각각 접합되는 음극 연결부재 및 양극 연결부재 및 일측으로 상기 음극 연결부재가 접합되며, 타측으로 상기 양극 연결부재가 접합되어 다수의 이차전지 셀들을 연결하는 베이스 버스바를 포함하여 구성될 수 있다.
상기 셀 프레임은 상부면에 이차전지 셀이 수용되는 다수의 개구부가 상기 셀 프레임의 길이방향으로 형성하는 행과 행 사이를 가로지르도록 형성되고, 상기 베이스 버스바가 안착되는 안착개구부를 더 포함하여 구성될 수 있다.
상기 음극 연결부재 및 양극 연결부재는 리드연결부를 사이에 두고 상부리드와 하부리드가 상기 리드연결부의 양단부에 각각 절곡되어 연결된 형태이며, 상부리드와 하부리드는 서로 반대 방향으로 절곡된 것을 특징으로 한다.
상기 음극 연결부재의 폭은 상기 양극 연결부재의 폭보다 좁은 것을 특징으로 한다.
상기 양극 연결부재는 상기 원통형 이차전지 셀의 양극 단자에 접합되고, 상기 음극 연결부재는 한 쌍으로 구비되어, 상기 양극 연결부재를 사이에 두고 상기 원통형 이차전지 셀의 음극 단자에 상호 대향하는 위치에 접합되되, 상기 음극 연결부재 및 상기 양극 연결부재의 상부리드는 각각 서로 반대 방향을 향하도록 접합되는 것이 바람직하다.
상기 베이스 버스바는 상기 안착홈에 안착하여 고정되는 것을 특징으로 한다.
상기 베이스 버스바는 상기 이차전지 셀과 대향하는 반대면의 상부에 길이 방향으로 일정 간격을 두고 상방으로 돌출부가 형성되어, 상기 돌출부가 형성되지 않는 부분으로 상기 음극 연결부재와 양극 연결부재의 상부리드가 각각 절곡되어 접합되도록 구성될 수 있다.
상기 음극 연결부재 및 양극 연결부재와 상기 베이스 버스바에 의하여, 상기 셀 프레임에 수납되는 원통형 이차전지 셀들은 행방향으로는 병렬연결되고, 각 행과 행은 상호 직렬연결되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일실시예에 의한 배터리 모듈의 제작 방법은, 원통형 이차전지 셀에 음극 연결부재 및 양극 연결부재를 접합하는 연결부재 접합단계, 음극 연결부재 및 양극 연결부재가 접합된 다수개의 원통형 이차전지 셀을 셀 프레임에 수납하는 셀 수납단계, 상기 수납된 원통형 이차전지 셀이 형성하는 행과 행 사이에 베이스 버스바를 안착하는 베이스 버스바 안착단계, 상기 음극 연결부재 및 양극 연결부재의 상부 리드를 상기 베이스 버스바의 상부면에 접촉되도록 음극 연결부재 및 양극 연결부재의 상부 절곡부를 벤딩하는 벤딩단계, 상기 벤딩단계에서 베이스 버스바와 접촉된 음극 연결부재 및 양극 연결부재를 용접하는 버스바 용접단계을 포함하여 구성될 수 있다.
상기 연결부재 접합단계는 상기 양극 연결부재는 상기 원통형 이차전지 셀의 양극 단자에 접합하고, 상기 음극 연결부재 한 쌍으로 구비하여, 상기 양극 연결부재를 사이에 두고 상기 원통형 이차전지 셀의 음극 단자에 상호 대향하는 위치에 접합하되, 상기 양극 연결부재 및 상기 음극 연결부재의 상부 리드의 일단이 서로 반대 방향을 향하도록 하는 것을 특징으로 한다.
상기 연결부재 접합단계는 상기 원통형 이차전지 셀의 음극 및 양극 단자와 상기 음극 연결부재 및 양극 연결부재를 레이저 용접에 의해서 접합하는 것을 특징으로 한다.
상기 셀 수납단계는 상기 배터리 셀에 접합된 음극 연결부재 및 양극 연결부재의 상부리드가 절곡된 방향이 셀 프레임의 행방향에 수직인 방향을 향하도록 수납하되, 상기 음극 연결부재 또는 양극 연결부재의 상부리드가 절곡된 방향이 동일한 방향을 향하도록 수납 하는 것을 특징으로 한다.
상기 베이스 버스바 안착단계는 상기 셀 프레임의 행과 행사이에 안착시켜 베이스 버스바의 일측으로 음극 연결부재가 위치하고 타측으로 양극 연결부재가 위치하도록 하는 것을 특징으로 한다.
상기 벤딩단계는 셀 프레임의 행과 행 사이에 안착시킨 베이스 버스바의 상부면으로 음극 연결부재 및 양극 연결부재의 상부리드를 절곡하여 접촉 고정시키는 것을 특징으로 한다.
상기 음극 연결부재 및 양극 연결부재와 상기 베이스 버스바에 의하여, 상기 셀 프레임에 수납되는 원통형 이차전지 셀들은 행방향으로는 병렬연결되고, 각 행과 행은 상호 직렬연결되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 모재(이차전지 셀)와 피모재(버스바)의 이격거리에 관계없이 모재과 피모재 간의 밀착도를 높여 레이저 용접시 용접 실패율을 줄이고 용접 불량시 개별 부품 교체가 가능하도록 하여 양산성 및 용접 품질을 확보할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 배터리 모듈의 사시도이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 원통형 이차전지와 음극 연결부재 및 양극 연결부재의 접합을 나타낸 사시도이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 음극 연결부재 및 양극 연결부재의 측면도 및 사시도이다.
도 4은 본 발명의 일실시예에 따른 셀 프레임에 원통형 이차전지 셀이 삽입되는 것을 도시한 것이다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 베이스 버스바의 사시도이다.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 배터리 모듈의 제조방법을 나타낸 플로우도이다.
※ 첨부된 도면은 본 발명의 기술사상에 대한 이해를 위하여 참조로써 예시된 것임을 밝히며, 그것에 의해 본 발명의 권리범위가 제한되지는 아니한다.
본 명세서 및 특허청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여, 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.
따라서 본 명세서에 기재된 실시 예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 하나의 실시 예에 불과할 뿐이고, 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형 예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다. 아울러, 본 발명을 설명함에 있어 관련된 공지 기술 등이 본 발명의 요지를 흐리게 할 수 있다고 판단되는 경우에는 그에 관한 자세한 설명은 생략하기로 한다.
본 발명의 일실시예에 따른 원통형 셀 연결 분리형 버스바는 원통형 이차전지 셀에 각각 접합되는 음극 연결부재 및 양극 연결부재, 일측으로 상기 음극 연결부재가 접합되고, 타측으로 상기 양극 연결부재가 접합되는 베이스 버스바를 포함하여 구성된다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 음극 연결부재 및 양극 연결부재의 측면도 및 사시도를 나타낸 것이다.
상기 음극 연결부재(30) 및 양극 연결부재(40)을 상세히 설명하면, 상기 음극 연결부재(30)는 도전성이 높은 금속 재질이며, 상기 음극 연결부재(30)는 리드연결부(33)를 사이에 두고 상부리드(31)와 하부리드(32)가 상기 리드연결부(33)의 양단부에 각각 절곡되어 연결된 형태이다.
또한, 상기 상부리드(31)는 상부 절곡부(34)에서 절곡되고 상기 하부리드(32)는 하부 절곡부(35)에서 절곡되어, 상기 상부리드(31)와 하부리드(32)의 방향은 서로 반대방향으로 향하도록 절곡되어 구성된다.
상기 양극 연결부재(40)는 도전성이 높은 금속 재질이며, 상기 양극 연결부재(40)는 리드연결부(43)를 사이에 두고 상부리드(41)와 하부리드(42)가 상기 리드연결부(43)의 양단부에 각각 절곡되어 연결된 형태이다.
또한, 상기 상부리드(41)는 상부 절곡부(44)에서 절곡되고 상기 하부리드(42)는 하부 절곡부(45)에서 절곡되어, 상기 상부리드(41)와 하부리드(42)의 방향은 서로 반대방향으로 향하도록 절곡되어 구성된다.
또한, 상기 하부리드(42)의 일단은 이차전지 셀의 양극 단자(11)의 원형에 대응되도록 곡선을 이루도록 형성된다.
그리고 상기 음극 연결부재의 폭은 상기 양극 연결부재의 폭보다 좁게 형성된다.
도 6을 참조하면, 상기 베이스 버스바(50)는 판상의 금속재질로 이루어 지며, 길이방향으로 양측에 돌출부(51)이 형성되어 있다.
상기 베이스 버스바(50)에서 돌출부(51)이 형성되지 않는 영역의 베이스 버스바의 상부며(D)에 상기 음극 연결부재(30)의 상부리드(31)과 양극 연결부재(40)의 상부리드(41)이 접합하게 된다.
이때, 상기 베이스 버스바(50)의 일측으로 상기 음극 연결부재(30)의 상부리드(31)가 하나 이상 접합되며, 타측으로 상기 음극 연결부재(40)의 상부리드(41)가 하나 이상 접합되도록 하여 다수의 이차전지 셀들을 연결하도록 구성된다.
도1 내지 도6을 참조하여 본 발명의 일실시예에 따른 배터리 모듈의 구성을 설명한다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 배터리 모듈이 조립된 사시도를 나타낸 것이다.
본 발명의 일실시예에 따른 배터리 모듈은, 다수의 원통형 이차전지 셀(10), 셀 프레임(20), 음극 연결부재(30) 및 양극 연결부재(40) 및 베이스 버스바(50)를 포함하여 구성된다.
상기 원통형 이차전지 셀(10)은 양극탭이 부착된 양극판, 음극탭이 부착된 음극판과 상기 양극판과 상기 음극판 사이에 분리막을 개재하여, 양극판, 분리막, 음극판의 판형을 젤리롤 형태로 권취된 전극조립체가 케이스에 내부에 수용된 형태로 마련될 수 있다.
또한, 도 2(a) 및 도 2(b)에 도시된 바와 같이 원통형 이차전지 셀(10)의 상부면(A)의 중심부에 양극 단자(11)가 형성되고, 양극 단자의 둘레로 음극 단자(12)가 형성되어 있을 수 있다.
도 4는 원통형 이차전지 셀들이 수납되는 셀 프레임 사시도이다.
도 4를 참조하면, 셀 프레임(20)은 상기 이차전지 셀(10)의 외관 형상에 대응되는 다수의 개구부(22)가 형성되어 있고, 상기 개구부(22)들은 상기 이차전지 셀(10)들의 전극(11, 12)이 외부로 노출될 수 있도록 개방되어 있다.
다수의 개구부(22)은 셀 프레임(20)의 임의의 일 측을 따라 평행하도록 도 3에 도시된 선(B)을 따라 행을 이루도록 형성되는데, 홀수 행과 짝수 행의 개구부(22)가 인접한 개구부(22)와 네스트 방식으로 배치되도록 한다.
이 방식으로 원통형 이차전지 셀(10)들 사이의 공간들이 최소화 되어 모듈 내의 공간의 대부분을 원통형 이차전지 셀(10)들이 점유하게 된다.
또한, 상기 셀 프레임(20)은, 상기 셀 프레임의 상부면에 이차전지 셀이 수용되는 다수의 개구부(22)가 상기 셀 프레임(20)의 길이방향(B)으로 형성하는 행과 행 사이를 가로지르는 안착홈(21)을 더 포함하여 구성될 수 있다.
원통형 이차전지 셀(10)들은 셀 프레임(20)의 내측에 배치되며, 상술한 바와 같은 셀 프레임(20)의 개구부(22)들은 네스트형 구조로 원통형 이차전지 셀들 보유할 수 있다. 셀 프레임의 높이는 대략 원통형 이차전지들의 높이보다 높게 형성된다.
그리고, 상기 안착홈(21)은 이차전지 셀(10)들이 상기 셀 프레임에 수납되는 경우, 하부면(C)과 원통형 이차전지 셀(10)의 음극 및 양극 단자가 형성된 상부면(A)이 일치할 수 있도록 형성된다.
따라서, 다양한 높이의 원통형 이차전지 셀들이 배터리 모듈에 조립되도록 사용되는 경우, 다양한 높이를 가지는 셀 프레임이 사용될 수 있다. 원통형 이차전지 셀을 셀 프레임에 삽입하는 경우 상기 원통형 이차전지 셀의 상부면(A)을 상기 안착홈(21)의 하부면(C)과 동일하도록 조립함으로써, 원통형 이차전지 셀들의 음극 및 양극 단자가 동일한 높이로 조립될 수 있도록 하는 것이다.
또한, 상기 안착홈(21)은 아래에서 설명하게 되는 베이스 버스바(50)가 안착할 수 있도록 하는 역할을 하게 된다.
도 3은 원통형 이차전지 셀의 음극 및 양극 단자(11, 12)에 본 발명에 의한 음극 및 양극 연결부재(30, 40)를 도시한 사시도 이다.
도 3을 참조하면, 본 발명에 의한 음극 연결부재(30) 및 양극 연결부재(40)는 도전성이 높은 금속 재질이며, 상기 상부리드(31, 41)는 리드연결부(33, 43)를 사이에 두고 상부리드(31, 41)와 하부리드(32, 42)가 상기 리드연결부(33, 43)의 양단부에 각각 절곡되어 연결된 형태이다.
또한, 상기 상부리드(31, 41)는 상부 절곡부(34, 44)에서 절곡되고 상기 하부리드(32, 42)는 하부 절곡부(35, 45)에서 절곡되어, 상기 상부리드(31, 41)와 하부리드(32, 42)의 방향은 서로 반대방향으로 향하도록 절곡되어 구성된다.
그리고 상기 양극 연결부재(40)의 상기 하부리드(42)의 일단은 이차전지 셀의 양극 단자(11)의 원형에 대응되도록 곡선을 이루도록 형성된다.
따라서, 상기 양극 연결부재(40)는 상기 원통형 이차전지 셀 일측의 중심에 형성된 양극단자(11)에 접합되고, 상기 음극 연결부재(30)는 한 쌍으로 구비되어, 상기 원통형 이차전지 셀 상부면의 중심에 접합된 양극 연결부재(40)를 사이에 두고 음극 단자(12)에 상호 대향하는 위치에 접합하게 된다.
상기 음극 연결부재(30)의 폭은 상기 양극 연결부재(40)의 폭보다 좁게 형성되는 것이 바람직하다.
그리고, 상기 음극 연결부재(30) 및 양극 연결부재(40)는 상기 원통형 이차전지 셀(10)의 음극 단자(12) 및 양극 단자(11)에 각각 접합된다.
즉, 상기 음극 연결부재(30)는 한 쌍으로 구비되고, 상기 양극 연결부재를 사이에 두고 상기 원통형 이차전지 셀의 음극 단자에 상호 대향하는 위치에 접합된다.
그리고, 상기 음극 연결부재(30) 및 상기 양극 연결부재(40)의 상부리드(31, 41)는 각각 서로 반대 방향을 향하도록 상기 원통형 이차전지 셀(10)의 음극 단자(12)와 양극 단자(11)에 각각 접합하는 것이다.
상기 음극 연결부재(30) 및 양극 연결부재(40)의 하부리드(32, 42)는 상기 원통형 이차전지 셀(10)의 음극 단자(12) 및 양극 단자(11)과 레이저 용접에 의해서 접합될 수 있다.
본 발명의 일실시예에서는 상기 이차전지 셀에 2개의 음극 연결부재(30)이 접합되는 것을 설명하지만, 그 수는 하나 일수 있고 그 숫자는 양극 연결부재(40)과의 쇼트가 발생하지 않으면 접합이 가능하므로 그 숫자에 제한되지는 아니한다.
도 5는 본 발명에 의한 베이스 버스바의 사시도 이다.
도 5를 참조하면, 상기 베이스 버스바(50)는 직사각형 형상의 금속 판으로 형성되며 길이 방향으로 일정 간격을 두고 상방으로 돌출부(51)가 형성되어 있다.
상기 베이스 버스바(50)는 상기 원통형 이차전지 셀(10)들이 형성하는 행과 행 사이에 배치된다.
상기 베이스 버스바(50)는 상기 셀 프레임(20)의 안착홈(21)에 안착 고정되도록 하며, 상기 셀 프레임(20)에 수납되는 원통형 이차전지의 음극 및 양극 단자가 형성되는 상부면(A)의 상부에 위치되도록 한다.
또한, 상기 베이스 버스바(50)는 원통형 이차전지 셀(10)들의 행과 행사이에 위치하게 되어, 상기 돌출부(51)이 형성되지 않은 영역을 통하여 일측으로 상기 음극 연결부재(30)의 상부리드(31)이 접합하게 되고, 타측으로 상기 양극 연결부재(40)의 상부리드(41)이 접합된다.
그리고 상기 음극 연결부재(30) 및 양극 연결부재(40)의 상부리드(31, 41)가 상기 베이스 버스바(50)의 상부면(D)으로 벤딩되어 접촉하게 되고 상부면(D)과 상기 음극 연결부재(30) 및 양극 연결부재(40)의 상부리드(31, 41)를 용접하여 접합하게 된다. 상기 베이스 버스바(50)와 상기 음극 연결부재(30) 및 양극 연결부재(40)는 레이저 용접으로 접합될 수 있다.
또한, 상기 베이스 버스바(50)는 그 하부면에 절연물질이 형성되거나, 상부면(D)를 제외하고 절연체가 감싸는 형태로 구성되어 이차전지 셀과 불필요하게 접촉되는 것을 방지 할 수도 있다.
따라서, 본 발명의 일실시예에 따른 배터리 모듈은 상기 음극 연결부재(30) 및 양극 연결부재(40)와 상기 베이스 버스바(50)에 의하여, 상기 셀 프레임(20)에 수납되는 원통형 이차전지 셀(10)들이 행방향으로는 병렬연결되고, 각 행과 행은 서로 직렬로 연결된다.
또한, 셀 프레임(20)에 수납되는 원통형 이차전지(10)의 높이가 서로 다르게 되더라도 상기 음극 연결부재(30) 및 양극 연결부재(40)와 상기 베이스 버스바(50)가 접합되는 영역을 레이저 용접을 할 수 있게 되어, 종래의 높이 차이에 의해 저항용접을 해야 하는 문제점을 해결할 수 있게 되는 것이다.
그리고, 용접시 불량이 발생하게 되면 원통형 이차전지 셀을 개별적으로 교체할 수 있어 양산성 및 품질 향상을 이룰 수 있다.
도 6은 본 발명의 일실시예에 의한 배터리 모듈의 제조 방법을 나타내는 플로우도 이다.
본 발명의 일실시예에 의한 배터리 모듈의 제조 방법은, 원통형 이차전지 셀에 음극 연결부재 및 양극 연결부재를 접합하는 연결부재 접합단계(S10), 음극 연결부재 및 양극 연결부재가 접합된 다수개의 원통형 이차전지 셀을 셀 프레임에 수납하는 셀 수납단계(S20), 상기 수납된 원통형 이차전지 셀이 형성하는 행과 행 사이에 베이스 버스바를 안착하는 베이스 버스바 안착단계(S30), 상기 음극 연결부재 및 양극 연결부재의 상부리드를 상기 베이스 버스바의 상부면에 접촉되도록 하는 벤딩단계(S40) 및 상기 벤딩공정에서 베이스 버스바와 접촉된 음극 연결부재 및 양극 연결부재를 용접하는 버스바 용접단계(S50)를 포함하여 구성될 수 있다.
연결부재 접합단계(S10)는 상부면 중앙으로 양극 단자가 형성되고, 그 둘레로 음극 단자가 형성되는 원통형 이차전지 셀의 각 단자에 음극 연결부재 및 양극 연결부재를 접합하게 된다.
음극 연결부재 및 양극 연결부재는 도전성이 높은 금속 재질이며, 상기 상부리드는 리드연결부를 사이에 두고 상부리드와 하부리드가 상기 리드연결부의 양단부에 각각 절곡되어 연결된 형태이다.
또한, 상기 상부리드는 상부 절곡부에서 절곡되고 상기 하부리드는 하부 절곡부에서 절곡되어, 상기 상부리드와 하부리드의 방향은 서로 반대방향으로 향하도록 절곡되어 구성된다.
그리고 상기 양극 연결부재의 상기 하부리드의 일단은 이차전지 셀의 양극 단자의 원형에 대응되도록 곡선을 이루도록 형성된다.
상기 양극 연결부재의 하부리드를 상기 원통형 이차전지 셀의 양극 단자에 접합하고, 상기 음극 연결부재 한 쌍으로 구비한 음극 연결부재를 상기 양극 연결부재를 사이에 두고 상기 원통형 이차전지 셀의 음극 단자에 상호 대향하는 위치에 접합한다.
또한, 상기 음극 연결부재와 상기 양극 연결부재의 상부리드의 일단이 서로 반대 방향을 향하도록 접합한다.
그리고, 상기 음극 연결부재 및 양극 연결부재는 상기 원통형 이차전지 셀의 음극 단자 및 양극 단자와 레이저 용접을 통하여 접합되도록 한다.
상기 셀 수납단계(S20)는 상기 연결부재 접합단계에서 접합한 원통형 이차전지 셀을 셀 프레임에 수납하는 단계이다.
여기서 셀 프레임에 수납되는 원통형 이차전지 셀들은 상기 음극 연결부재 및 양극 연결부재의 상부리드가 상기 셀 프레임의 행방향에 수직인 방향을 향하도록 하여 수납한다.
이때, 상기 음극 연결부재 또는 양극 연결부재의 상부리드가 절곡된 방향이 동일한 방향을 향하도록 하여 수납한다.
상술한 바와 같이 원통형 이차전지 셀들을 수납하게 되면, 상기 셀 프레임의 각 행과 행 사이에 음극 연결부재와 양극 연결부재가 대향하여 나열되는 형태로 수납되게 되는 것이다.
상기 베이스 버스바 안착단계(S30)는, 셀 프레임의 상부에 형성되는 안착홈에 베이스 버스바를 안착시키는 것이다.
셀 수납단계에서 상기 셀 프레임에 원통형 이차전지들을 수납한 후, 원통형 이차전지 셀들이 형성하는 행과 행 사이에 베이스 버스바를 안착하게 된다.
상기 베이스 버스바 안착단계에서 셀 프레임에 안착시킨 베이스 버스바의 일측으로는 음극 연결부재가 위치하게 되고, 타측으로는 양극 연결부재가 위치촉하게 된다. 또한 상기 베이스 버스바의 하부에는 상기 셀 프레임에 수납된 원통형 이차전지의 상부면이 위치하게 된다.
상기 벤딩단계(S40)는, 베이스 버스바 안착단계에서 음극 연결부재와 양극 연결부재 사이에 위치하게 된 베이스 버스바의 상부면으로 상기 음극 연결부재 및 양극 연결부재의 상부리드를 절곡하여 접촉 고정시킨다.
그러므로, 수납되는 원통형 이차전지 셀들이 셀 프레임에 수납되면서 그 높이가 일정하게 유지 되지 않는 경우에도 상기 음극 연결부재 및 양극 연결부재의 상부리드가 베이스 버스바와 접촉된다.
상기 버스바 용접 단계(S50)는, 상기 벤딩단계를 통해서 상기 음극 연결부재 및 양극 연결부재의 상부리드를 상기 베이스 버스바와 레이저 용접을 통해서 접합시키는 것이다.
따라서, 상기 음극 연결부재 및 양극 연결부재와 상기 베이스 버스바에 의하여, 상기 셀 프레임에 수납되는 원통형 이차전지 셀들은 행방향으로는 병렬연결되고, 각 행과 행은 상호 직렬연결된다.
1 배터리 모듈
10 원통형 이차전지 셀
20 셀 프레임
21 안착홈
30 음극 연결부재
31, 41 상부리드
32, 42 하부리드
33, 43 리드연결부
40 양극 연결부재
41 상부리드
50 베이스 버스바

Claims (16)

  1. 원통형 이차전지 셀의 일측에 형성된 음극 및 양극 단자에 일측이 각각 접합되는 음극 연결부재 및 양극 연결부재;
    일측으로 상기 음극 연결부재가 하나 이상 접합되며, 타측으로 상기 양극 연결부재가 하나 이상 접합되어 다수의 이차전지 셀들을 연결하도록 구성되는 베이스 버스바;
    를 포함하는 이루어지는 원통형 셀 연결 분리형 버스바
  2. 다수의 원통형 이차전지 셀;
    상기 이차전지 셀의 외관 형상에 대응되는 다수의 개구부가 형성되어 있고, 상기 개구부들은 상기 이차전지 셀들의 전극이 외부로 노출될 수 있도록 개방되어 있는 셀 프레임;
    상기 원통형 이차전지 셀의 일측에 형성된 음극 및 양극 단자에 일측이 각각 접합되는 음극 연결부재 및 양극 연결부재; 및
    일측으로 상기 음극 연결부재가 접합되며, 타측으로 상기 양극 연결부재가 접합되어 다수의 이차전지 셀들을 연결하는 베이스 버스바;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈
  3. 제2항에 있어서,
    상기 셀 프레임은,
    상부면에 이차전지 셀이 수용되는 다수의 개구부가 상기 셀 프레임의 길이방향으로 형성하는 행과 행 사이를 가로지르도록 형성되고, 상기 베이스 버스바가 안착되는 안착홈;
    을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈
  4. 제1 또는 2항중 어느 한 항에 있어서,
    상기 음극 연결부재 및 양극 연결부재는,
    리드연결부를 사이에 두고 상부리드와 하부리드가 상기 리드연결부의 양단부에 각각 절곡되어 연결된 형태이며, 상부리드와 하부리드는 서로 반대 방향으로 절곡된 것을 특징으로 하는 배터리 모듈
  5. 제4항에 있어서,
    상기 음극 연결부재의 폭은 상기 양극 연결부재의 폭보다 좁은 것을 특징으로 하는 분리형 버스바를 갖는 배터리 모듈
  6. 제4항에 있어서,
    상기 양극 연결부재는 상기 원통형 이차전지 셀의 양극 단자에 접합되고,
    상기 음극 연결부재는 한 쌍으로 구비되어, 상기 양극 연결부재를 사이에 두고 상기 원통형 이차전지 셀의 음극 단자에 상호 대향하는 위치에 접합되되,
    상기 음극 연결부재 및 상기 양극 연결부재의 상부리드는 각각 서로 반대 방향을 향하도록 접합되는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈
  7. 제2항 또는 3항중 어느 한 항에 있어서,
    상기 베이스 버스바는,
    상기 안착홈에 안착하여 고정되는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈
  8. 제7항에 있어서,
    상기 베이스 버스바는,
    상기 이차전지 셀과 대향하는 반대면의 상부에 길이 방향으로 일정 간격을 두고 상방으로 돌출부가 형성되어, 상기 돌출부가 형성되지 않는 부분으로 상기 음극 연결부재와 양극 연결부재의 상부리드가 각각 절곡되어 접합되도록 하는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈
  9. 제2 또는 3항중 어느 한 항에 있어서,
    상기 음극 연결부재 및 양극 연결부재와 상기 베이스 버스바에 의하여,
    상기 셀 프레임에 수납되는 원통형 이차전지 셀들은 행방향으로는 병렬연결되고, 각 행과 행은 상호 직렬연결되는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈
  10. 원통형 이차전지 셀에 음극 연결부재 및 양극 연결부재를 접합하는 연결부재 접합단계;
    음극 연결부재 및 양극 연결부재가 접합된 다수개의 원통형 이차전지 셀을 셀 프레임에 수납하는 셀 수납단계;
    상기 수납된 원통형 이차전지 셀이 형성하는 행과 행 사이에 베이스 버스바를 안착하는 베이스 버스바 안착단계;
    상기 음극 연결부재 및 양극 연결부재의 상부 리드를 상기 베이스 버스바의 상부면에 접촉되도록 음극 연결부재 및 양극 연결부재의 상부 절곡부를 벤딩하는 벤딩단계;
    상기 벤딩단계에서 베이스 버스바와 접촉된 음극 연결부재 및 양극 연결부재를 용접하는 버스바 용접단계;
    을 포함하는 배터리 모듈의 제조 방법
  11. 제10항에 있어서,
    상기 연결부재 접합단계는,
    상기 양극 연결부재는 상기 원통형 이차전지 셀의 양극 단자에 접합하고,
    상기 음극 연결부재 한 쌍으로 구비하여, 상기 양극 연결부재를 사이에 두고 상기 원통형 이차전지 셀의 음극 단자에 상호 대향하는 위치에 접합하되,
    상기 양극 연결부재 및 상기 음극 연결부재의 상부 리드의 일단이 서로 반대 방향을 향하도록 하는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈 제조 방법
  12. 제10항에 있어서,
    상기 연결부재 접합단계는,
    상기 원통형 이차전지 셀의 음극 및 양극 단자와 상기 음극 연결부재 및 양극 연결부재를 레이저 용접에 의해서 접합하는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈 제조 방법
  13. 제10항에 있어서,
    상기 셀 수납단계는,
    상기 배터리 셀에 접합된 음극 연결부재 및 양극 연결부재의 상부리드가 절곡된 방향이 셀 프레임의 행방향에 수직인 방향을 향하도록 수납하되,
    상기 음극 연결부재 또는 양극 연결부재의 상부리드가 절곡된 방향이 동일한 방향을 향하도록 수납하는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈 제조 방법
  14. 제10항에 있어서,
    상기 베이스 버스바 안착단계는,
    상기 셀 프레임의 행과 행사이에 안착시켜 베이스 버스바의 일측으로 음극 연결부재가 위치하고 타측으로 양극 연결부재가 위치하도록 하는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈 제조 방법
  15. 제10항에 있어서,
    상기 벤딩단계는,
    셀 프레임의 행과 행 사이에 안착시킨 베이스 버스바의 상부면으로 음극 연결부재 및 양극 연결부재의 상부리드를 절곡하여 접촉 고정시키는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈 제조 방법
  16. 제10항 내지 15항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 음극 연결부재 및 양극 연결부재와 상기 베이스 버스바에 의하여,
    상기 셀 프레임에 수납되는 원통형 이차전지 셀들은 행방향으로는 병렬연결되고, 각 행과 행은 상호 직렬연결되는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈 제조 방법
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